如何网络设计分层

⑴ 计算机网络的协议分层

为了减少网络设计的复杂性，绝大多数网络采用分层设计方法。所谓分层设计方法，就是按照信息的流动过程将网络的整体功能分解为一个个的功能层，不同机器上的同等功能层之间采用相同的协议，同一机器上的相邻功能层之间通过接口进行信息传递。为了便于理解接口和协议的概念，我们首先以邮政通信系统为例进行说明。人们平常写信时，都有个约定，这就是信件的格式和内容。首先，我们写信时必须采用双方都懂的语言文字和文体，开头是对方称谓，最后是落款等。这样，对方收到信后，才可以看懂信中的内容，知道是谁写的，什么时候写的等。当然还可以有其他的一些特殊约定，如书信的编号、间谍的密写等。信写好之后，必须将信封装并交由邮局寄发，这样寄信人和邮局之间也要有约定，这就是规定信封写法并贴邮票。在中国寄信必须先写收信人地址、姓名，然后才写寄信人的地址和姓名。邮局收到信后，首先进行信件的分拣和分类，然后交付有关运输部门进行运输，如航空信交民航，平信交铁路或公路运输部门等。这时，邮局和运输部门也有约定，如到站地点、时间、包裹形式等等。信件运送到目的地后进行相反的过程，最终将信件送到收信人手中，收信人依照约定的格式才能读懂信件。如图所示，在整个过程中，主要涉及到了三个子系统、即用户子系统，邮政子系统和运输子系统。各种约定都是为了达到将信件从一个源点送到某一个目的点这个目标而设计的，这就是说，它们是因信息的流动而产生的。可以将这些约定分为同等机构间的约定，如用户之间的约定、邮政局之间的约定和运输部门之间的约定，以及不同机构间的约定，如用户与邮政局之间的约定、邮政局与运输部门之间的约定。虽然两个用户、两个邮政局、两个运输部门分处甲、乙两地，但它们都分别对应同等机构，同属一个子系统；而同处一地的不同机构则不在一个子系统内，而且它们之间的关系是服务与被服务的关系。很显然，这两种约定是不同的，前者为部门内部的约定，而后者是不同部门之间的约定。 在计算机网络环境中，两台计算机中两个进程之间进行通信的过程与邮政通信的过程十分相似。用户进程对应于用户，计算机中进行通信的进程（也可以是专门的通信处理机〕对应于邮局，通信设施对应于运输部门。为了减少计算机网络设计的复杂性，人们往往按功能将计算机网络划分为多个不同的功能层。网络中同等层之间的通信规则就是该层使用的协议，如有关第N层的通信规则的集合，就是第N层的协议。而同一计算机的不同功能层之间的通信规则称为接口（ i n t e r f a c e），在第N层和第（N+ 1）层之间的接口称为N /（N+ 1）层接口。总的来说，协议是不同机器同等层之间的通信约定，而接口是同一机器相邻层之间的通信约定。不同的网络，分层数量、各层的名称和功能以及协议都各不相同。然而，在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务。协议层次化不同于程序设计中模块化的概念。在程序设计中，各模块可以相互独立，任意拼装或者并行，而层次则一定有上下之分，它是依数据流的流动而产生的。组成不同计算机同等层的实体称为对等进程（ peer process）。对等进程不一定非是相同的程序，但其功能必须完全一致，且采用相同的协议。分层设计方法将整个网络通信功能划分为垂直的层次集合后，在通信过程中下层将向上层隐蔽下层的实现细节。但层次的划分应首先确定层次的集合及每层应完成的任务。划分时应按逻辑组合功能，并具有足够的层次，以使每层小到易于处理。同时层次也不能太多，以免产生难以负担的处理开销。计算机网络体系结构是网络中分层模型以及各层功能的精确定义。对网络体系结构的描述必须包括足够的信息，使实现者可以为每一功能层进行硬件设计或编写程序，并使之符合相关协议。但我们要注意的是，网络协议实现的细节不属于网络体系结构的内容，因为它们隐含在机器内部，对外部说来是不可见的。现在我们来考查一个具体的例子：在图1 - 11所示的5层网络中如何向其最上层提供通信。在第5层运行的某应用进程产生了消息M，并把它交给第4层进行发送。第4层在消息M前加上一个信息头（h e a d e r），信息头主要包括控制信息（如序号）以便目标机器上的第4层在低层不能保持消息顺序时，把乱序的消息按原序装配好。在有些层中，信息头还包括长度、时间和其他控制字段。在很多网络中，第4层对接收的消息长度没有限制，但在第3层通常存在一个限度。因此，第3层必须将接收的入境消息分成较小的单元如报文分组（ p a c k e t），并在每个报文分组前加上一个报头。在本实例中，消息M被分成两部分：M 1和M 2。第3层确定使用哪一条输出线路，并将报文传给第2层。第2层不仅给每段消息加上头部信息，而且还要加上尾部信息，构成新的数据单元，通常称为帧（ f r a m e），然后将其传给第1层进行物理传输。在接收方，报文每向上递交一层，该层的报头就被剥掉，决不可能出现带有N层以下报头的报文交给接收方第N层实体的情况。要理解图1 - 11示意图，关键要理解虚拟通信与物理通信之间的关系，以及协议与接口之间的区别。比如，第4层的对等进程，在概念上认为它们的通信是水平方向地应用第四层协议。每一方都好像有一个叫做“发送到另一方去”的过程和一个叫做“从另一方接收”的过程，尽管实际上这些过程是跨过3 / 4层接口与下层通信而不是直接同另一方通信。抽象出对等进程这一概念，对网络设计是至关重要的。有了这种抽象技术，网络设计者就可以把设计完整的网络这种难以处理的大问题，划分成设计几个较小的且易于处理的问题，即分别设计各层。

⑵ 为什么要采用分层网络计划的方法

计算机网络是一个极其复杂的工程，之所以使用分层，最主要的思想在于把整个复杂的问题分成若干个部分进行处理，主要优点在于：
①各层之间相互独立，只需要完成本层要求的任务：某一层通过和下层的接口实现信息交流，下层也能提供相应服务给上层，并且计算机网络的复杂程度还表现在要使得不同的网络进行连接，分层的话，其他就不要考虑另外一层是怎么进行网络连接和协商通信的（比如应用层可以搭载udp或tcp）；
②使得接入网络设备容易制造，且成本大幅度降低：比如交换机（二层）就根本不需要考虑网络层和以上的数据，所以在硬件（逻辑控制电路）的设计难度就会大幅度降低；
计算机网络分层设计方法主要原则：
①层与层之间必须相对对立，不允许出现两层对同一控制（差错控制，流量控制，分片和组装，复用分用，连接释放控制）的重复；
②分层必须把握好层的数量和层与层的关系。分层时必须使每一层的功能非常明确，层数太少会使得每一层任务太过复杂，在设计协议的时候，设计工程会遇到很多困难，但层数太多会使得网络的传输效率下降。

⑶ 网络结构分层有哪些

OSI 七层模型称为开放式系统互联参考模型 OSI 七层模型是一种框架性的设计方法
OSI 七层模型通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯，因此其最主
要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输
物理层 ： O S I 模型的最低层或第一层，该层包括物理连网媒介，如电缆连线连接器。物理层的协议产生并检测电压以便发送和接收携带数据的信号。在你的桌面P C 上插入网络接口卡，你就建立了计算机连网的基础。换言之，你提供了一个物理层。尽管物理层不提供纠错服务，但它能够设定数据传输速率并监测数据出错率。网络物理问题，如电线断开，将影响物理层。
数据链路层： O S I 模型的第二层，它控制网络层与物理层之间的通信。它的主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递。为了保证传输，从网络层接收到的数据被分割成特定的可被物理层传输的帧。帧是用来移动数据的结构包，它不仅包括原始数据，还包括发送方和接收方的网络地址以及纠错和控制信息。其中的地址确定了帧将发送到何处，而纠错和控制信息则确保帧无差错到达。
数据链路层的功能独立于网络和它的节点和所采用的物理层类型，它也不关心是否正在运行 Wo r d 、E x c e l 或使用I n t e r n e t 。有一些连接设备，如交换机，由于它们要对帧解码并使用帧信息将数据发送到正确的接收方，所以它们是工作在数据链路层的。
网络层： O S I 模型的第三层，其主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。
网络层通过综合考虑发送优先权、网络拥塞程度、服务质量以及可选路由的花费来决定从一个网络中节点A 到另一个网络中节点B 的最佳路径。由于网络层处理路由，而路由器因为即连接网络各段，并智能指导数据传送，属于网络层。在网络中，“路由”是基于编址方案、使用模式以及可达性来指引数据的发送。
传输层： O S I 模型中最重要的一层。传输协议同时进行流量控制或是基于接收方可接收数据的快慢程度规定适当的发送速率。除此之外，传输层按照网络能处理的最大尺寸将较长的数据包进行强制分割。例如，以太网无法接收大于1 5 0 0 字节的数据包。发送方节点的传输层将数据分割成较小的数据片，同时对每一数据片安排一序列号，以便数据到达接收方节点的传输层时，能以正确的顺序重组。该过程即被称为排序。
工作在传输层的一种服务是 T C P / I P 协议套中的T C P （传输控制协议），另一项传输层服务是I P X / S P X 协议集的S P X （序列包交换）。
会话层： 负责在网络中的两节点之间建立和维持通信。 会话层的功能包括：建立通信链接，保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对 话，决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。
你可能常常听到有人把会话层称作网络通信的“交通警察”。当通过拨号向你的 I S P （因特网服务提供商）请求连接到因特网时，I S P 服务器上的会话层向你与你的P C 客户机上的会话层进行协商连接。若你的电话线偶然从墙上插孔脱落时，你终端机上的会话层将检测到连接中断并重新发起连接。会话层通过决定节点通信的优先级和通信时间的长短来设置通信期限
表示层： 应用程序和网络之间的翻译官，在表示层，数据将按照网络能理解的方案进行格式化；这种格式化也因所使用网络的类型不同而不同。
表示层管理数据的解密与加密，如系统口令的处理。例如：在 Internet上查询你银行账户，使用的即是一种安全连接。你的账户数据在发送前被加密，在网络的另一端，表示层将对接收到的数据解密。除此之外，表示层协议还对图片和文件格式信息进行解码和编码。
应用层： 负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务。术语“应用层”并不是指运行在网络上的某个特别应用程序 ，应用层提供的服务包括文件传输、文件管理以及电子邮件的信息处理。

⑷ 为什么要对计算机网络分层以及分层的一般原则。

各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口（即界面）所提供的服务。由于每一层只实现一种相对独立的功能，因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题。这样，整个问题的复杂程度就下降了。
灵活性好。当任何一层发生变化时（例如由于技术的变化），只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。此外，对某一层提供的服务还可进行修改。
当某层提供的服务不再需要时，甚至可以将这层取消。
结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。
易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统。
能促进标准化工作。因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。

⑸ 3层分层网络设计模型中各层的功能是什么

1、核心层：网络的高速交换主干

2、汇聚层：提供基于策略的连接

3、接入层：将工作站接入网络

三层网络架构采用层次化模型设计，即将复杂的网络设计分成几个层次，每个层次着重于某些特定的功能，这样就能够使一个复杂的大问题变成许多简单的小问题。

(5)如何网络设计分层扩展阅读：

核心层：核心层是网络的高速交换主干，对整个网络的连通起到至关重要的作用。核心层应该具有如下几个特性：可靠性、高效性、冗余性、容错性、可管理性、适应性、低延时性等。

在核心层中，应该采用高带宽的千兆以上交换机。因为核心层是网络的枢纽中心，重要性突出。核心层设备采用双机冗余热备份是非常必要的，也可以使用负载均衡功能，来改善网络性能。

汇聚层：汇聚层是网络接入层和核心层的“中介”，就是在工作站接入核心层前先做汇聚，以减轻核心层设备的负荷。汇聚层具有实施策略、安全、工作组接入、虚拟局域网（VLAN）之间的路由、源地址或目的地址过滤等多种功能。

在汇聚层中，应该选用支持三层交换技术和VLAN的交换机，以达到网络隔离和分段的目的。

接入层：接入层向本地网段提供工作站接入。在接入层中，减少同一网段的工作站数量，能够向工作组提供高速带宽。接入层可以选择不支持VLAN和三层交换技术的普通交换机。

网络—三层网络结构

⑹ 网络分层设计分为接入层，汇聚层和核心层，请问这三层的作用分别是什么

1、接入层

接入层利用光纤、双绞线、同轴电缆、无线接入技术等传输介质，实现与用户连接，并进行业务和带宽的分配。接入层目的是允许终端用户连接到网络，因此接入层交换机具有低成本和高端口密度特性。

2、汇聚层

汇聚层为接入层提供基于策略的连接,如地址合并，协议过滤,路由服务，认证管理等。通过网段划分(如VLAN)与网络隔离，可以防止某些网段的问题蔓延和影响到核心层。汇聚层同时也可以提供接入层虚拟网之间的互连，控制和限制接入层对核心层的访问，保证核心层的安全和稳定。

3、核心层

核心层的功能主要是实现骨干网络之间的优化传输，骨干层设计任务的重点通常是冗余能力、可靠性和高速的传输。核心层一直被认为是所有流量的最终承受者和汇聚者，所以对核心层的设计以及网络设备的要求十分严格。核心层设备将占投资的主要部分。 核心层需要考虑冗余设计。核心层可以使网络的拓展性更强。

(6)如何网络设计分层扩展阅读

三层网络结构基于性能瓶颈和网络利用率等等的原因，资深的网络设计师都在探索新的数据中心的拓扑结构。

三层网络结构数据中心网络传输模式是不断地改变的。大多数网络都是纵向（north-south）的传输模式-主机与网络中的其它非相同网段的主机通信都是设备-交换机-路由到达目的地。同时，三层网络结构在同一个网段的主机通常连接到同一个交换机，可以直接相互通讯。

⑺ 什么是分层网络体系结构分层的含义是什么

指的是将系统的组件分隔到不同的层中，每一层中的组件应保持内聚性，并且应大致在同一抽象级别；每一层都应与它下面的各层保持松散耦合。

分层架构的优点

1、开发人员的专业分工，专注理解某一层。由于某一层仅仅调用其相邻下一层所提供的程序接口，只需要本层的接口和相邻下一层的接口定义清晰完整，开发人员在开发某一层时就可以像关注集中于这一层所用的功能和技术。

2、可以很容易用新的实现来替换原有层次的实现。 只要前后提供的服务（接口）相同，即可替换。系统开发过程中，功能需求不断变化，我们可以替换现有的层次以满足新的需求变化。

3、降低了系统间的依赖。 比如业务逻辑层中的业务发生变化， 其他两层即表现层以及数据访问层程序也不需要变化。这大大降低了系统各层之间的依赖。

4、有利于复用。充分利用现有的功能程序组件，将已经辨识的具有相对独立功能的层应用于新系统的开发，保证新系统开发的过程中，能够将重点集中于辨识和实现应用系统特有的业务功能，最终缩短系统开发周期，提高系统的质量。

分层思想

分层是基于面向对象上的，是更高层次上的设计理念。在软件开发技术的发展过程中，出现了很多优秀的思想与模式。这些思想和模式凝结了无数程序设计人员的实践经验和智慧，是软件开发领域的精华。这其中有很多思想对分层架构设计有着重要的指导作用。

分层架构的弊端

1、级联修改问题。一些复杂的业务中，由于业务流程发生变化，为了这个变化所有层都需要修改。

2、性能问题。本来是直接简单的操作，需要在整个系统中层层传递，势必造成性能的下降，同时也加大的开发的复杂度。

从上面的分析可以看出， 分层架构设计有许多优点同样存在不足，在实际使用过程中，我们应该权衡利弊关系，选择一种符合实际项目的最佳方案。

⑻ 请简述网络设计者如何将网络功能分配到不同层去实现

因为需要进行网络设计，因此需要分清，网络设计有几层，然后每层需要实现什么功能，然后分类汇总即可，

⑼ 网络体系结构为什么要采用分层次的结构

原因：为把在一个网络结构下开发的系统与在另一个网络结构下开发的系统互联起来，以实现更高一级的应用，使异种机之间的通信成为可能，便于网络结构标准化；

并且由于全球经济的发展使得处在不同网络体系结构的用户迫切要求能够互相交换信息；

为此，国际标准化组织ISO成立了专门的机构研究该问题，并于1977年提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架，即着名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM (Open System Interconnection Reference Model)。

1、网络体系结构（network architecture）：是计算机之间相互通信的层次，以及各层中的协议和层次之间接口的集合。

2、网络协议：是计算机网络和分布系统中互相通信的对等实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合。

3、语法（syntax）:包括数据格式、编码及信号电平等。

4、语义（semantics）：包括用于协议和差错处理的控制信息。

5、定时（timing）：包括速度匹配和排序。

计算机网络是一个非常复杂的系统，需要解决的问题很多并且性质各不相同。所以，在ARPANET设计时，就提出了“分层”的思想，即将庞大而复杂的问题分为若干较小的易于处理的局部问题。

⑽ 按照现在流行的网络分层设计原理,应将整个网络体系分成那几层直接连接到桌面的交换机应该属于那一层

一般五层（也有七层的分类）：
物理层：传送比特流
数据链路层：负责接收IP数据报并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。 传输有地址的帧以及错误检测功能 。
网络层：路由选择 、拥塞控制 、网络互连及其协议 、IP
传输层：TCP和UDP协议
应用层：向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。
交换机位于数据链路层，路由器位于网络层